泥水盾构隧道开挖面被动破坏研究进展
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收稿日期：２０１７－０５－３１；修回日期：２０１７－１１－１４ 基金项目：国家重点基础研究发展计划（９７３计划）（２０１５ＣＢ０５７８０３）；国家自然科学基金项目（５１４０８１９１）；中央高校基本科研业务费专项基金资助 项目（２０１５Ｂ０６０１４） 第一作者简介：闵凡路（１９８５—），男，山东滕州人，２０１２年毕业于河海大学，岩土工程专业，博士，副教授，主要从事盾构隧道相关的教学和科研工作。 Ｅｍａｉｌ：ｍｉｎｆａｎｌｕ＠１２６．ｃｏｍ。通信作者：宋航标，Ｅｍａｉｌ：ｓｏｎｇｈａｎｇｂｉａｏ＠１２６．ｃｏｍ。
泥水盾构隧道开挖面被动破坏研究进展
闵凡路１，２，宋航标１，２， ，柏煜新１，２，姚占虎３
（１．河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室，江苏 南京 ２１００９８； ２．河海大学土木与交通学院，江苏 南京 ２１００９８；３．中交第一公路工程局有限公司，北京 １０００２４）
摘要：泥水盾构施工过程中，压力舱内泥浆压力梯度很难与地层土水压力梯度保持一致，尤其是大断面时，其顶部泥浆压力显著大 于地层土水压力，致使开挖面面临严峻的被动破坏风险，因此有必要对盾构隧道开挖面被动破坏的研究进展进行总结和分析，指出 泥水盾构砂土地层开挖面被动破坏研究中存在的问题。从极限分析法等理论研究、数值模拟及模型试验 ３个方面总结盾构隧道开 挖面被动破坏研究进展，并分析研究中存在的问题。主要结论如下：１）目前缺少砂土地层中泥浆冲破泥膜、发生劈裂破坏及其对 开挖面稳定性影响的相关研究；２）受到试验条件的限制，尚未开展大直径开挖面被动破坏，尤其是气压支护 －带压开舱等危险工 况下开挖面稳定的离心模型试验；３）离心模型试验采用刚性板模拟盾构开挖面，与土体实际的受力和变形情况存在较大的差异。 最后，对今后的主要研究方向提出建议。 关键词：泥水盾构；开挖面；砂土地层；被动破坏；模型试验 ＤＯＩ：１０．３９７３／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９６－４４９８．２０１８．０４．００７ 中图分类号：Ｕ４５ 文献标志码：Ａ 文章编号：２０９６－４４９８（２０１８）０４－０５７５－０７
２１００９８，Ｊｉａｎｇｓｕ，Ｃｈｉｎａ；３．ＣＣＣＣＦｉｒｓｔＨｉｇｈｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｇｒａｄｉｅｎｔｉｎｓｌｕｒｒｙｃｈａｍｂｅｒｉｓｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏｋｅｅｐｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｗｉｔｈｔｈａｔｏｆｔｈｅｓｏｉｌａｎｄｐｏｒｅｗａｔｅｒｉｎ ｔｈｅｓｔｒａｔｕｍ ｄｕｒｉｎｇｓｌｕｒｒｙｓｈｉｅｌｄｔｕｎｎｅｌｉｎｇ，ａｎｄｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｆｏｒｌａｒｇｅｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｓｈｉｅｌｄ；ｔｈｅｔｏｐｓｌｕｒｒｙｐｒｅｓｓｕｒｅｉｓ ｏｂｓｅｒｖａｂｌｙｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎｓｏｉｌａｎｄｐｏｒｅｗａｔｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｗｈｉｃｈｍａｋｅｓｔｈｅｅｘｃａｖａｔｉｏｎｃｏｎｆｒｏｎｔｓｅｖｅｒｅｒｉｓｋｓｏｆｐａｓｓｉｖｅｆａｉｌｕｒｅ． Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｉｔｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｓｕｍｍａｒｉｚｅａｎｄａｎａｌｙｚｅｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｔｈｅｐａｓｓｉｖｅｆａｉｌｕｒｅｏｆｅｘｃａｖａｔｉｏｎｆａｃｅ，ａｎｄ ｐｏｉｎｔｏｕｔｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｉｎｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｔｈｅｐａｓｓｉｖｅｆａｉｌｕｒｅｏｆｅｘｃａｖａｔｉｏｎｆａｃｅｏｆｓｌｕｒｒｙｓｈｉｅｌｄｉｎｓａｎｄｙｓｔｒａｔｕｍ．Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｉｓｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｆｒｏｍｔｈｅａｓｐｅｃｔｓｏｆｌｉｍｉｔａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｒｅｓｅａｒｃｈ，ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｍｏｄｅｌｔｅｓｔ； ａｎｄｔｈｅｎｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｅｘｉｓｔｉｎｇｉｎｔｈｅｓｔｕｄｙａｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｓｆｏｌｌｏｗｓ：（１）Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｓｌｕｒｒｙｂｒｅａｋｉｎｇｔｈｒｏｕｇｈｆｉｌｔｅｒ ｃａｋｅｗｈｉｃｈｌｅａｄｓｔｏｓｐｌｉｔｔｉｎｇｆａｉｌｕｒｅａｎｄａｆｆｅｃｔｓｅｘｃａｖａｔｉｏｎｆａｃｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｉｓｉｎａｂｓｅｎｃｅ．（２）Ｗｉｔｈｔｈｅｌｉｍｉｔｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｓｔｕｄｙｏｆｌａｒｇｅｄｉａｍｅｔｅｒｅｘｃａｖａｔｉｏｎｆａｃｅｐａｓｓｉｖｅｆａｉｌｕｒｅｈａｓｎｏｔｂｅｅｎｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ，ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙｔｈｅｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ｍｏｄｅｌｔｅｓｔｆｏｒｅｘｃａｖａｔｉｏｎｆａｃｅｄｕｒｉｎｇｄａｎｇｅｒｏｕｓｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｉ．ｅ．ａｃｃｅｓｓｉｎｇｔｏａｎｅｘｃａｖａｔｉｏｎｃｈａｍｂｅｒｕｎｄｅｒ ａｉｒｓｕｐｐｏｒｔｓｙｓｔｅｍ．（３）Ｔｈｅｅｘｃａｖａｔｉｏｎｆａｃｅｏｆｓｈｉｅｌｄｉｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙｒｉｇｉｄｐｌａｔｅｉｎｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｍｏｄｅｌｔｅｓｔ，ｗｈｉｃｈｉｓ ｄｉｓｔｉｎｃｔｆｒｏｍ ｔｈｅａｃｔｕａｌｆｏｒｃｅａｎｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｏｉｌ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｍａｉｎｒｅｓｅａｒｃｈｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓａｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｆｏｒｆｕｔｕｒｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｌｕｒｒｙｓｈｉｅｌｄ；ｅｘｃａｖａｔｉｏｎｆａｃｅ；ｓａｎｄｙｓｔｒａｔｕｍ；ｐａｓｓｉｖｅｆａｉｌｕｒｅ；ｍｏｄｅｌｔｅｓｔ
ＭＩＮＦａｎｌｕ１，２，ＳＯＮＧＨａｎｇｂｉａｏ１，２， ，ＢＡＩＹｕｘｉｎ１，２，ＹＡＯＺｈａｎｈｕ３
（１．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＧｅｏｍｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＥｍｂａｎｋｍｅｎｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（ＨｏｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ），ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ， Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９８，Ｊｉａｎｇｓｕ，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｉｖｉｌａｎｄＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｏｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ
收稿日期：２０１７－０５－３１；修回日期：２０１７－１１－１４ 基金项目：国家重点基础研究发展计划（９７３计划）（２０１５ＣＢ０５７８０３）；国家自然科学基金项目（５１４０８１９１）；中央高校基本科研业务费专项基金资助 项目（２０１５Ｂ０６０１４） 第一作者简介：闵凡路（１９８５—），男，山东滕州人，２０１２年毕业于河海大学，岩土工程专业，博士，副教授，主要从事盾构隧道相关的教学和科研工作。 Ｅｍａｉｌ：ｍｉｎｆａｎｌｕ＠１２６．ｃｏｍ。通信作者：宋航标，Ｅｍａｉｌ：ｓｏｎｇｈａｎｇｂｉａｏ＠１２６．ｃｏｍ。
泥水盾构隧道开挖面被动破坏研究进展
闵凡路１，２，宋航标１，２， ，柏煜新１，２，姚占虎３
（１．河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室，江苏 南京 ２１００９８； ２．河海大学土木与交通学院，江苏 南京 ２１００９８；３．中交第一公路工程局有限公司，北京 １０００２４）
摘要：泥水盾构施工过程中，压力舱内泥浆压力梯度很难与地层土水压力梯度保持一致，尤其是大断面时，其顶部泥浆压力显著大 于地层土水压力，致使开挖面面临严峻的被动破坏风险，因此有必要对盾构隧道开挖面被动破坏的研究进展进行总结和分析，指出 泥水盾构砂土地层开挖面被动破坏研究中存在的问题。从极限分析法等理论研究、数值模拟及模型试验 ３个方面总结盾构隧道开 挖面被动破坏研究进展，并分析研究中存在的问题。主要结论如下：１）目前缺少砂土地层中泥浆冲破泥膜、发生劈裂破坏及其对 开挖面稳定性影响的相关研究；２）受到试验条件的限制，尚未开展大直径开挖面被动破坏，尤其是气压支护 －带压开舱等危险工 况下开挖面稳定的离心模型试验；３）离心模型试验采用刚性板模拟盾构开挖面，与土体实际的受力和变形情况存在较大的差异。 最后，对今后的主要研究方向提出建议。 关键词：泥水盾构；开挖面；砂土地层；被动破坏；模型试验 ＤＯＩ：１０．３９７３／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９６－４４９８．２０１８．０４．００７ 中图分类号：Ｕ４５ 文献标志码：Ａ 文章编号：２０９６－４４９８（２０１８）０４－０５７５－０７
２１００９８，Ｊｉａｎｇｓｕ，Ｃｈｉｎａ；３．ＣＣＣＣＦｉｒｓｔＨｉｇｈｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｇｒａｄｉｅｎｔｉｎｓｌｕｒｒｙｃｈａｍｂｅｒｉｓｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏｋｅｅｐｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｗｉｔｈｔｈａｔｏｆｔｈｅｓｏｉｌａｎｄｐｏｒｅｗａｔｅｒｉｎ ｔｈｅｓｔｒａｔｕｍ ｄｕｒｉｎｇｓｌｕｒｒｙｓｈｉｅｌｄｔｕｎｎｅｌｉｎｇ，ａｎｄｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｆｏｒｌａｒｇｅｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｓｈｉｅｌｄ；ｔｈｅｔｏｐｓｌｕｒｒｙｐｒｅｓｓｕｒｅｉｓ ｏｂｓｅｒｖａｂｌｙｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎｓｏｉｌａｎｄｐｏｒｅｗａｔｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｗｈｉｃｈｍａｋｅｓｔｈｅｅｘｃａｖａｔｉｏｎｃｏｎｆｒｏｎｔｓｅｖｅｒｅｒｉｓｋｓｏｆｐａｓｓｉｖｅｆａｉｌｕｒｅ． Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｉｔｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｓｕｍｍａｒｉｚｅａｎｄａｎａｌｙｚｅｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｔｈｅｐａｓｓｉｖｅｆａｉｌｕｒｅｏｆｅｘｃａｖａｔｉｏｎｆａｃｅ，ａｎｄ ｐｏｉｎｔｏｕｔｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｉｎｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｔｈｅｐａｓｓｉｖｅｆａｉｌｕｒｅｏｆｅｘｃａｖａｔｉｏｎｆａｃｅｏｆｓｌｕｒｒｙｓｈｉｅｌｄｉｎｓａｎｄｙｓｔｒａｔｕｍ．Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｉｓｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｆｒｏｍｔｈｅａｓｐｅｃｔｓｏｆｌｉｍｉｔａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｒｅｓｅａｒｃｈ，ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｍｏｄｅｌｔｅｓｔ； ａｎｄｔｈｅｎｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｅｘｉｓｔｉｎｇｉｎｔｈｅｓｔｕｄｙａｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｓｆｏｌｌｏｗｓ：（１）Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｓｌｕｒｒｙｂｒｅａｋｉｎｇｔｈｒｏｕｇｈｆｉｌｔｅｒ ｃａｋｅｗｈｉｃｈｌｅａｄｓｔｏｓｐｌｉｔｔｉｎｇｆａｉｌｕｒｅａｎｄａｆｆｅｃｔｓｅｘｃａｖａｔｉｏｎｆａｃｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｉｓｉｎａｂｓｅｎｃｅ．（２）Ｗｉｔｈｔｈｅｌｉｍｉｔｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｓｔｕｄｙｏｆｌａｒｇｅｄｉａｍｅｔｅｒｅｘｃａｖａｔｉｏｎｆａｃｅｐａｓｓｉｖｅｆａｉｌｕｒｅｈａｓｎｏｔｂｅｅｎｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ，ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙｔｈｅｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ｍｏｄｅｌｔｅｓｔｆｏｒｅｘｃａｖａｔｉｏｎｆａｃｅｄｕｒｉｎｇｄａｎｇｅｒｏｕｓｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｉ．ｅ．ａｃｃｅｓｓｉｎｇｔｏａｎｅｘｃａｖａｔｉｏｎｃｈａｍｂｅｒｕｎｄｅｒ ａｉｒｓｕｐｐｏｒｔｓｙｓｔｅｍ．（３）Ｔｈｅｅｘｃａｖａｔｉｏｎｆａｃｅｏｆｓｈｉｅｌｄｉｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙｒｉｇｉｄｐｌａｔｅｉｎｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｍｏｄｅｌｔｅｓｔ，ｗｈｉｃｈｉｓ ｄｉｓｔｉｎｃｔｆｒｏｍ ｔｈｅａｃｔｕａｌｆｏｒｃｅａｎｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｏｉｌ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｍａｉｎｒｅｓｅａｒｃｈｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓａｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｆｏｒｆｕｔｕｒｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｌｕｒｒｙｓｈｉｅｌｄ；ｅｘｃａｖａｔｉｏｎｆａｃｅ；ｓａｎｄｙｓｔｒａｔｕｍ；ｐａｓｓｉｖｅｆａｉｌｕｒｅ；ｍｏｄｅｌｔｅｓｔ